【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂领域，具体涉及铜/碱土金属氧化物复合材料纳米催化剂、制备及作为二氧化碳甲烷化催化剂的应用。
技术介绍
1、化石燃料的燃烧使大气中二氧化碳排放量不断增加，并引发了一系列气候变化，导致全球气温上升。通过减少大气中二氧化碳的排放，将全球气温的平均上升幅度控制在1.5摄氏度以下是必不可少的。因此，将大气中的二氧化碳转化为有价值的化学原料是控制和利用大气中二氧化碳排放的可持续途径。此外，随着太阳能和风能转换和储存的发展，电力成本将大幅下降。因此，由可再生能源驱动的电化学co2还原反应(co2rr)为制造有价值的化工原料提供了一条可行的途径。
2、电化学co2还原反应(co2rr)过程可以将co2转化为一系列短碳链分子，如一氧化碳(co)、甲酸(hcooh)、甲烷(ch4)、甲醇(ch3oh)、乙烯(c2h4)、乙醇(c2h5oh)、丙醇(c3h7oh)等。其中，ch4是一种合适的能量载体，燃烧热最高可达56kj g-1，也是天然气的主要成分，是一种减少化石燃料使用的清洁能源，还可作为原料生产炭黑、氨、尿素等。
3、除电化学co2甲烷化外，用水电解产生的h2热催化将co2还原为ch4也是一种常见的方法。但一般电化学co2还原在室温下进行，而热催化co2转化通常需要高压和高温，以及电解水产生的氢气需要额外的储存和运输。相比之下，电化学二氧化碳甲烷化是一种更经济、更简单的途径。
4、目前，用于co2转化为ch4反应过程的电催化剂已有一些报道。主要有cu/ceo2(acscatal.2018
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂的制备及应用，该铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂能够在室温下将二氧化碳高活性、高选择性地转化为甲烷，工业应用前景广。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术提供了铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其为无定形碳包覆金属纳米催化剂，所述催化剂包含cu/mo1-z纳米粒子、以及包覆于所述cu/mo1-z纳米粒子表面的无定形碳层，mo1-z中存在一定的氧空位，z表示氧空位的数量，所述m为碱土金属mg、ca、sr或ba。
4、按上述方案，cu与mo1-z混相分布，在cu与mo1-z交界处有明显的界面，界面处cu与mo晶格共存，形成晶格相互嵌入状态。
5、按上述方案，优选地，所述cu和m的摩尔比为(1～6):(1～6)。
6、按上述方案，优选地，所述催化剂中cu/mo1-z纳米粒子的质量含量为80～90％。
7、按上述方案，所述cu/mo1-z纳米粒子的粒径大小为5～100nm。
8、按上述方案，所述无定形碳层的厚度为1～3nm。
9、第二方面，本专利技术还提供了一种铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂的制备方法，包括：将铜金属粉末和碱土金属氧化物(mo)粉末均匀混合，然后填充于石墨管内部，以填充后的石墨管作为阳极；放置于电弧放电设备中，将石墨棒作为阴极，阴极与所述阳极水平相对，通电，在惰性气氛下进行电弧放电处理，收集产物得到铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂。
10、按上述方案，铜金属粉末、碱土金属氧化物粉末按照摩尔比(1～6):(1～6)取料。
11、按上述方案，电弧放电电流为100～120a。
12、按上述方案，所述铜金属粉末的粒径大小为300～500目；所述碱土金属氧化物(mo)粉末的粒径大小为300～500目，铜金属粉末和碱土金属氧化物粉末研磨使其均匀混合后填充。
13、按上述方案，通电后将阳极和阴极接近，使其几乎接触短路，然后快速远离至产生电弧放电和等离子体，开始电弧放电反应，持续反应8～15s后继续远离使反应终止，重复上述操作60～80次。
14、按上述方案，在电弧放电处理之前，将电弧放电设备反应腔体抽真空(具体可抽真空至5～8pa)，然后通入惰性气体(如氩气)至体系压力为0.08～0.085mpa。
15、按上述方案，电弧放电反应结束后，关闭电源，将上述得到的产物自然沉降3～4h，收集产物即得到铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂。
16、本专利技术第三方面提供了上述铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂作为电催化二氧化碳甲烷化的应用。
17、本专利技术第四方面提供二氧化碳甲烷化的方法，以铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，高选择性催化二氧化碳合成甲烷。
18、本专利技术提供的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂中包含cu/mo1-z纳米粒子、以及包覆于所述cu/mo1-z纳米粒子表面的无定形碳，mo1-z中存在一定的氧空位，mo1-z(碱土金属氧化物)中的m的电负性小于cu，复合材料界面处的电子从m向cu定向转移，增强铜位点的电荷密度，同时氧空位的存在能提供更多的活性位点加速吸附和反应；同时无定形碳层的存在可提高整体反应的电流密度，有利于将金属纳米粒子中的电子传导到催化剂的表面，增强表面的电子密度，由此可协同提高本专利技术的催化剂对co2甲烷化反应中间体*co的吸附与活化，促进二氧化碳的甲烷化，提高二氧化碳甲烷化的活性和选择性，提高催化剂的二氧化碳甲烷化整体性能。
19、本专利技术的有益效果：
20、1、本专利技术的催化剂对于催化二氧化碳甲烷化反应，在相对温和条件下具有较高的活性、甲烷选择性和大电流密度，能够在室温下将二氧化碳高活性、高选择性地转化为甲烷，并且具有大电流密度，具有实际生产应用能力。本专利技术的催化剂在1mol l-1的koh溶液中，co2流速为35ml min-1时，对二氧化碳转化为甲烷的fe高达81％，电流密度为150ma cm-2；
21、2、本专利技术制备工艺简单，过程可控，重复性好，成本低。
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1.铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其为无定形碳包覆金属纳米催化剂，所述催化剂包含Cu/MO1-z纳米粒子、以及包覆于所述Cu/MO1-z纳米粒子表面的无定形碳层，MO1-z中存在氧空位，z表示氧空位的数量，所述M为碱土金属Mg、Ca、Sr或Ba。
2.根据权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其特征在于：所述的Cu与MO1-z混相分布，在Cu与MO1-z交界处有明显的界面，界面处Cu与MO晶格共存，形成晶格相互嵌入状态；
3.根据权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其特征在于：所述Cu/MO1-z纳米粒子的粒径大小为5～100nm；所述无定形碳层的厚度为1～3nm。
4.根据权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其特征在于：所述Cu和M的摩尔比为(1～6):(1～6)。
5.一种权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于：将铜金属粉末和碱土金属氧化物粉末均匀混合，然后填充于石墨管内部，以填充后的石墨管作为阳极；放置于电弧放电设备中，将石墨棒作为阴极，阴极与所述阳极
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：电弧放电电流为100～120A；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：电弧放电反应结束后，关闭电源，将上述得到的产物自然沉降3～4h，收集产物即得到铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂。
9.权利要求1-4中任一项所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂作为二氧化碳甲烷化催化剂电催化二氧化碳甲烷化的应用。
10.二氧化碳甲烷化的方法，其特征在于：以权利要求1-4中任一项所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂作二氧化碳甲烷化催化剂，高选择性电催化二氧化碳合成甲烷。
...【技术特征摘要】
1.铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其为无定形碳包覆金属纳米催化剂，所述催化剂包含cu/mo1-z纳米粒子、以及包覆于所述cu/mo1-z纳米粒子表面的无定形碳层，mo1-z中存在氧空位，z表示氧空位的数量，所述m为碱土金属mg、ca、sr或ba。
2.根据权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其特征在于：所述的cu与mo1-z混相分布，在cu与mo1-z交界处有明显的界面，界面处cu与mo晶格共存，形成晶格相互嵌入状态；
3.根据权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其特征在于：所述cu/mo1-z纳米粒子的粒径大小为5～100nm；所述无定形碳层的厚度为1～3nm。
4.根据权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂，其特征在于：所述cu和m的摩尔比为(1～6):(1～6)。
5.一种权利要求1所述的铜/碱土金属氧化物复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于：将铜金...
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